dna分子结构图

　　dna分子结构图推荐文章1：美科学家展示了细胞核内部DNA的3D图谱

　　图说：SPRITE构建的细胞核的三维模型：15号染色体（橙色）和18号染色体（绿色）上“非激活中心”的DNA聚集在细胞核（蓝色）的核仁（红色）周围。

　　每个细胞深处都隐藏着一种神奇的东西：6英尺长的DNA被封装在一个直径比人类头发宽度小50倍的空间里。组建有机体的DNA蓝图，通过折叠、扭曲、压缩的方式装进了细胞核里。DNA结构的改变与某些疾病有关，如癌症和早衰，因此了解基因组精细的三维结构至关重要，细胞核结构的测绘和精确改变可能有助于找到这些疾病的解决办法。

　　近日，加州理工学院Mitchell Guttman实验室展示了细胞如何以一种巧妙的方式组织巨大的基因组，以便发现和获取重要的基因。论文在6月7日在线发表于《细胞》杂志上。

　　虽然绝大多数的人体细胞包含相同的基因组，但不同类型的细胞具有不同的功能，这是因为基因的打开或关闭导致了基因表达水平不同。除了基因组，细胞核也包含完成类似任务的核体，它们就像包含高浓度的细胞机器微型工厂，可以打开特定的基因或修改生产蛋白质的RNA分子。这些细胞机器需要有效地搜索6英尺长的DNA，以便精确地找到并控制它的靶点。而三维结构的DNA控制了特定基因的可接近性，使这种搜索成为可能。

　　在这项新研究中，Guttman的团队找到一种绘制细胞核内DNA三维结构，并探究染色体的各个区域相互作用的方法，这项技术被称为SPRITE（通过标签扩展识别相互作用的组分），研究人员利用它可以检查细胞核内的分子复合体，确定相互作用的分子以及它们的位置。在这项技术中，细胞核中的每一个复合体都有不同的分子条码，同一个复合物中的分子具有相同的条码，然后，研究人员可以打开复合物并分析这些分子，通过相同的条码，确定两个或更多的分子是否相互作用。

　　研究小组利用SPRITE发现不同染色体的基因聚集在特定的核体周围。非激活的基因穿过不同染色体聚集在核仁（包含保持基因关闭的抑制性蛋白）周围；而激活的基因聚集在核散斑（包含帮助基因开启并转化成蛋白质的分子）周围。

　　第一Sofia Quinodoz说：“有了SPRITE，我们能够看到成千上万的分子——DNA和RNA——聚集在细胞核周围的各种‘枢纽’中。此前，研究人员认为每条染色体都是独立的，在细胞核中占据着自己的“领地”，但现在我们看到不同染色体上的多个基因聚集在这些细胞机器的周围。我们认为，这些‘枢纽’也许可以帮助细胞将开放或关闭状态的DNA整齐地排列在细胞核的不同位置，从而允许细胞器可以轻易地获取细胞核内的特定基因。”

　　 编译：花花 审稿：西莫 编辑：程建兰

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　　◎杨芊羽

　　日前，在孟德尔诞辰200年之际，清华大学科学博物馆举办了“从豌豆到人类基因组计划”线上展览，其中，脱氧核糖核酸（DNA）结构的发现史是展览的一个重要部分。

　　60年前的一个冬日，斯德哥尔摩音乐厅人头攒动，三位年轻的科学家被授予了诺贝尔生理学或医学奖，他们分别是美国的詹姆斯·沃森和英国的弗朗西斯·克里克、莫里斯·威尔金斯。他们共同分享了发现DNA双螺旋结构的成果，为“核酸分子结构及其对生物中信息传递的意义”作出了贡献。如今DNA双螺旋结构的三维模型图已经遍布于中学、大学的生物教材，成为基础教育的常识。

　　其实早在1869年，瑞士生化学家米歇尔便发现了核酸的存在，但当时人们的研究重心放在了蛋白质上，对核酸缺乏关注。主流生物学家到20世纪40年代仍认为蛋白质是研究基因的首要对象，直到1944年，艾弗里、麦克伦德和麦卡蒂发表了关于“转化因子”的重要论文，首次用实验证明了这种转化因子是DNA，才揭开了DNA是遗传物质的序幕。同年，薛定谔《生命是什么？》一书问世，提出生命研究的关键问题在于信息的传递。

　　但在沃森和克里克1953年的DNA双螺旋结构论文问世之前，科学家虽然已经承认DNA是遗传物质，却并不清楚DNA的具体结构以及它是如何传递遗传信息的。

　　1951年，沃森在剑桥大学卡文迪许实验室邂逅了他人生最志同道合的合作伙伴——同样认为DNA比蛋白质重要的克里克。两人一拍即合，并决定借鉴当时已经因发现了蛋白质α螺旋结构而小有成就的结构化学家莱纳斯·鲍林的研究方法，即制作分子模型，并由此探索原子间的关系，解决DNA结构的问题。

　　为了更高效、更精准地解密DNA分子结构，沃森和克里克还需要浏览尽量精确的X射线衍射资料，这能避免他们走很多弯路。当年伦敦国王学院的威尔金斯作为前期“垄断”英国DNA研究的人，也是X射线衍射照片的持有者。他认同了克里克关于DNA结构是螺旋状的观点，并同意给沃森和克里克共享照片。

　　后沃森又在卡文迪许实验室学习了X射线衍射技术和结晶学，以期与伦敦国王学院由威尔金斯和富兰克林组成的研究小组一起证实DNA的螺旋结构。沃森和克里克提出的第一个模型是三核苷酸链模型，然而却被富兰克林的定量测量结果全盘否定。卡文迪许实验室以糖和核酸作为中心的DNA分子模型构建一度陷入低迷。克里克的博士导师布拉格教授甚至勒令二人放弃DNA结构的研究。因此，克里克将他研究DNA结构用的夹具寄给了伦敦国王学院的威尔金斯，并希望他能继续DNA分子结构事业。威尔金斯称这一举动为“加快科学研究进程的合作精神的绝佳范例”。

　　虽然表面上卡文迪许实验室暂停了DNA研究工作，但沃森还在通过研究烟草花叶病毒中的核酸成分为DNA研究寻找灵感，并学会了用X射线照相机拍摄烟草花叶病毒显示螺旋结构的照片。

　　在沃森和克里克提出并不成功的“三核苷酸链模型”后15个月，鲍林也提出了与之类似的“三螺旋模型”，但被沃森敏锐地察觉到其不合理性：这一模型的磷酸集团没有离子化，或者说鲍林的模型中的核酸根本不能构成一种“酸”。这一发现让一直醉心于DNA分子结构研究的处在合作关系中的卡文迪许实验室和伦敦国王学院研究小组松了一口气，但同时在鲍林的竞争压力下，他们也加快了研究步伐。

　　DNA分子结构研究的转折点是著名的“51号照片”的问世。这是一张B型DNA的X射线衍射照片，由富兰克林拍摄，送给威尔金斯使用。这张照片证实了DNA的螺旋结构。沃森根据这张B型结构图，在双螺旋和三螺旋两个方向中毅然选择了双螺旋。于是1953年，沃森和克里克开始制作DNA双螺旋模型。沃森是噬菌体遗传学方面的专家，而克里克擅长物理学和数学；两人在不同科学的交叉结合下协同攻关，妥善解决了DNA分子碱基配对和氢键结合的谜题，提出了著名的DNA分子碱基互补配对原则。

　　伦敦国王学院的威尔金斯和富兰克林很快也发现他们的X射线数据可以为双螺旋结构提供强有力的证据。经过整理，沃森和克里克的论文于1953年在《自然》杂志上发表，DNA分子结构终于尘埃落定。

　　沃森、克里克和威尔金斯被授予了1962年的诺贝尔生理学或医学奖，本应共享这一成果的富兰克林因病逝世而无缘奖项，但其为DNA分子结构研究所作的贡献也当被永远铭记。这些科学家并非都来自生化领域，但都运用自己的专长推动了DNA双螺旋结构模型的诞生。可以说，DNA分子结构是物理、化学、生物、数学多学科一起擦出的智慧火花。

　　： 科技日

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　　在开始今天的话题之前，我先给大家看4张图片。考考你，如果光看图片，你知道每张图各代表什么东西吗？

　　我估计应该很少人能猜出来。既然这样，我也不给大家卖关子了。图1是书页，从侧面看过去；图2是牙刷的刷毛；图3是圆珠笔头；图4是变形虫吞噬草履虫。

　　看来，咱们真的感谢显微镜，是它让我们看到了一个不一样的世界，并且特别值得称道的是，显微镜的倍数越来越高，我们观看到的微观世界的层次也越来越深，从物体的放大效果，到细胞、到分子结构甚至到原子。

　　图1：洋葱切面 图2：洋葱细胞 图3：染色体 图4：原子

　　说到分子结构，就不得不提到人体中最具代表性的高分子DNA。上过高中的朋友都记得，在《生物》课遗传学这一章曾经了解过DNA。今天，咱们就来聊聊这个话题。

　　DNA即脱氧核糖核酸，是生物细胞内含有的四种生物大分子之一核酸的一种，携带有合成RNA和蛋白质所必需的遗传信息，是生物体发育和正常运作必不可少的生物大分子。

　　DNA由脱氧核苷酸组成，脱氧核苷酸又由碱基、脱氧核糖和磷酸构成。其中碱基有4种：腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胸腺嘧啶（T）和胞嘧啶（C）。

　　DNA结构（中间的为碱基对）

　　DNA 分子结构中，两条多脱氧核苷酸链围绕一个共同的中心轴盘绕，构成双螺旋结构。脱氧核糖-磷酸链在螺旋结构的外面，碱基朝向里面。两条多脱氧核苷酸链反向互补，通过碱基间的氢键形成的碱基配对相连，形成相当稳定的组合。

　　那么，细胞、细胞核、DNA、染色体它们之间又是什么关系呢？下面这个图可以很清楚地表示彼此之间的关系。

　　图源：知乎用户“知乎用户”

　　人体细胞内有23对染色体，即46条，而生殖细胞则有23条，这使得精子与卵细胞结合后可以恢复23对。精子、卵细胞均为人类生殖细胞，其染色体数量只有体细胞的一半。

　　我们知道，每个成年人体内每天约有500到700亿个细胞死去，其原因可能是受到损伤、外力影响或者只是单纯因为老化。当然，老化是正常的，事实上它就是被设定的细胞寿命。

　　显微镜下正在分裂的细胞

　　为了弥补这么大量的细胞损耗，在我们体内，每时每刻都有着数十亿个细胞正在分裂，用于生成全新的细胞，这个细胞分裂过程被称为有丝分裂。以哺乳动物来说，细胞分裂的过程大约需要一小时。

　　如果说显微镜让我们从另一个微观视角重新看待我们身边的一切，那么当我们看到肉眼看不到的世界时，我们内心也会受到从未有过的震撼，同时也带来更多思考：是什么力量让体内的这些“微观机器人”周而复始、有条不紊地工作着，生命存在的意义究竟是什么？

　　下期见。

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